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第一章 FPGA概述1

§1-1 可编程逻辑器件的定义、分类及发展概要1

目录1

一、PROM器件2

二、PAL器件2

三、GAL器件2

四、EPLD器件4

§1-2 FPGA发展与应用前景6

一、FPGA的发展概况6

二、FPGA的特征及应用前景7

一、可配置存贮器—SRAM阵列12

第二章 FPGA的结构、特性与工作原理12

§2-1 FPGA的结构原理12

二、可编程逻辑块（CLB）13

（1）XC2000系列的CLB13

（2）XC3000/XC3100系列的CLB15

（3）XC4000系列的CLB16

三、可编程输入／输出块（IOB）20

（1）XC2000系列的IOB21

（2）XC3000/XC3 100系列的IOB21

（3）XC4000系列的IOB22

（1）XC2000系列的PI25

四、可编程的内部连线（PI）25

（2）XC3000/C3 100系列的PI28

（3）XC4000系列的PI32

五、内部晶体振荡器34

§2-2 FPGA基本特性及参数比较35

一、基本特性及比较36

（1）FPGA型号命名及意义36

（2）FPGA的功能特征37

二、FPGA的极限参数39

三、FPGA的开关、时序参数40

四、FPGA的主要封装形式及管脚说明46

一、主动模式57

§2-3 FPGA的工作模式57

二、周边模式62

三、从动模式65

四、FPGA数据配置及启动过程67

（1）LCA芯片数据清除及初始化67

（2）数据配置过程68

（3）系统的启动与工作70

（4）特殊的附加配置72

第三章 FPGA应用设计的开发系统77

§3-1 开发系统的软件组成78

§3-2 开发系统对硬件及操作系统的要求78

二、设计实现过程79

一、设计输入79

§3-3 应用设计的流程79

三、设计的仿真81

第四章 FPGA应用的设计输入83

§4-1 设计输入的系统环境83

一、环境的设置83

二、用户目录的建立85

三、Viewdraw-LCA的属性标志85

（1）模块名称标志85

（2）LCA模块定位标志85

（3）网路属性标志86

（4）其他属性标志的可选项86

（1）XC2000系列组合逻辑单元88

§4-2 Xilinx元件库88

一、基本元件库88

（2）XC3000/XC3 100系列基本元件库90

（3）XC4000系列基本元件库94

二、CLB和IOB符号单元定义98

（1）符号单元定义原理98

（2）BASE属性标志选择100

（3）Config属性标志选择101

（4）EQUATE F属性标志选择102

（5）EQUATE G属性标志选择102

三、用户自建单元库102

二、建立框图符号的内电路图（低层图）103

§4-3 电路设计图输入103

一、建立一个框图符号单元103

三、建立一个顶层电路图104

四、设计图输入应注意的问题104

（1）标注属性标志和LCA规划控制参数104

（2）电路设计图的检验107

（3）电路设计图的存档108

（4）XNF文件的转换实现108

第五章 FPGA应用的设计实现111

§5-1 设计实现的基本方式和过程111

（1）Xmake实现过程简介112

（2）Xmake命令和文件格式112

一、Xmake自动设计实现过程112

§5-2 自动设计实现方式112

（3）Xmake可选项的选择113

二、Xmake的三种编译工作模式115

（1）顶层逻辑分布（map Top only）115

（2）参数文件优先逻辑分布（map file＝）115

（3）全局逻辑分布（Map All）117

三、APR自动布局布线程式119

（1）APR程式命令格式与可选项120

（2）APR-C的人工干预122

四、PPR自动分区规划、布局、布线程式124

（1）PPR程式的命令格式124

（3）APRloop程式的应用124

（2）PPR程式的参数文件及其建立125

（3）PPR程式的限制参数129

§5-3 手工设计实现方式131

一、手工设计实现过程131

（1）WIR2XNF程式的执行131

（2）XNFMerge程式的执行132

（3）XNFDRC程式的执行132

（4）XNFMAP程式的执行133

（5）MAP2LCA程式的执行133

（6）APR程式的执行134

（7）Makebits程式的执行134

（1）XDE的环境设置及基本功能136

二、XDE手工编辑方式136

（2）高级编辑功能139

（3）低级编辑功能140

（4）XDE设计实例150

第六章 FPGA应用设计的仿真156

§6-1 仿真的系统156

一、软件包的组成及程式简介156

二、环境设置的要求159

三、设计仿真的基本过程159

（1）逻辑功能仿真159

（2）系统时延仿真162

（1）建立仿真的用户目录和文件163

§6-2 仿真的实现163

一、实例的逻辑功能仿真163

（2）选择仿真网路，开启SIM窗口165

（3）建立Viewwave数据流，开启Wave窗口166

（4）为时钟，网路赋值167

（5）在设计图中观测仿真结果168

（6）在Viewwave窗口中测量时序172

（7）放大显示Viewwave图的一部分172

（8）存贮波形结果172

（9）仿真命令文件174

（10）用Viewtext观看输出文件174

（2）建立一个反标注的WIR文件175

（1）建立一个反标注的XNF文件175

二、实例的系统时延仿真175

（3）用Viewgen去观察已布线的设计图176

（4）叫用VSM，建立仿真网表文件176

（5）开启Viewsim和Viewwave窗口177

（6）给时钟，网路赋值，观察波形178

（7）在Viewgen图中察看仿真结果179

三、反标注原始设计图的样本系统时延仿真179

（1）建立反标注的XNF文件180

（2）叫用BAX程式，重建原图网路名称180

（3）建立反标注WIR文件181

（6）进行系统时延仿真，观察原始图182

（4）叫用SVM程式，生成仿真网表文件182

（5）叫用VSMUPD程式，重建其他网路名称182

第七章 FPGA芯片的功能配置与卸载方式184

§7-1 功能配置与卸载方式概述184

§7-2 Xchecker直接配置方式185

一、Xchecker硬件及连接方式185

二、Xchecker直接配置LCA过程及主要指令191

（1）Xchecker的文件191

（2）配置LCA过程192

（3）Xchecker操作的主要指令193

§7-3 PROM配置LCA方式196

一、makeprom程式概述196

二、指令操作makeprom197

第八章 FPGA的应用设计实例199

§8-1 PLC中TR栈控制器（TR-SC）的FPGA设计199

一、TR-SC的功能与逻辑设计199

（1）数据通路原理200

（2）控制通路原理201

二、TR-SC的FPGA设计实现204

（1）FPGA的器件选择204

（2）设计的实现206

（3）设计的技巧207

§8-2 64＊N位的RAM结构的FIFO（堆栈）的FPGA设计208

一、功能简介208

二、设计实现209

§8-3 光电计数控制器的FPGA设计211

一、功能简介211

二、设计实现211

§8-4 总线结构串行输入／输出部件212

一、功能简介212

二、设计实现213

附录215

附录A．XACT FPGA开发系统的基本操作一览215

一、电路设计图输入部分215

二、设计实现部分216

三、电路设计仿真部分218

附录B．Xilinx基本元件库一览220

附录C．XACT开发系统Edit.LCA命令一览224

一、网路编辑（NET）菜单224

二、接脚编辑（PIN）菜单224

三、模块编辑（BLK）菜单225

四、设置功能（CONFIG）菜单225

五、显示功能（Screen）菜单226

六、MISC菜单227

七、Profile菜单228

八、PROBE菜单228

九、Timing菜单229

主要参考文献230